DE102014007623A1 - Device for storing gas - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Speicherung von Gas unter hohem Druck, mit einer Innenhülle und einer die Innenhülle umgebenden Außenhülle (2), mit einer Messeinrichtung zur Erfassung einer Beschädigung der Außenhülle (2). Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung in Form wenigstens eines elektrischen leitfähigen über die annähernd gesamte Fläche der Außenhülle (2) verlaufenden Drahts (4) ausgebildet ist.The invention relates to a device (1) for storing gas under high pressure, with an inner shell and an outer shell (2) surrounding the inner shell, with a measuring device for detecting damage to the outer shell (2). The device according to the invention is characterized in that the measuring device is designed in the form of at least one electrically conductive wire (4) extending over almost the entire surface of the outer casing (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung von Gas unter hohem Druck nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a device for storing gas under high pressure according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Zur Speicherung von Gas sind Behälter, in welchen das Gas unter hohem Druck gespeichert ist, aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Beispielsweise für komprimiertes Erdgas oder für Wasserstoff, welche bei Nenndrücken von 260 bar oder 700 bar beispielsweise in Fahrzeugen eingesetzt werden, sind sogenannte Typ-III oder Typ-IV Druckgasspeicher allgemein bekannt und üblich. Diese bestehen aus einer Innenhülle, dem sogenannten Liner, welcher beispielsweise aus einem metallischen Material oder aus Kunststoff ausgebildet ist. Die primäre Aufgabe dieser Innenhülle besteht darin, die Dichtheit gegenüber dem in der Vorrichtung gespeicherten Gas sicherzustellen. Die Innenhülle ist dann von einer Außenhülle umgeben, typischerweise einem Faserverbundmaterial, welches alleine für das gespeicherte Gas nicht dicht wäre, welches jedoch ausreichend stabil ist, um auch hohen Drücken leicht standzuhalten. Diese Kombination aus Innenhülle und Außenhülle bildet dann die Vorrichtung zur Speicherung von Gas, welche auch als Druckgasspeicher bezeichnet wird.For storage of gas, containers in which the gas is stored under high pressure are known from the general state of the art. For example, for compressed natural gas or for hydrogen, which are used at nominal pressures of 260 bar or 700 bar, for example in vehicles, so-called type-III or type-IV compressed gas storage are well known and common. These consist of an inner shell, the so-called liner, which is formed for example of a metallic material or plastic. The primary purpose of this inner shell is to ensure tightness against the gas stored in the device. The inner sheath is then surrounded by an outer sheath, typically a fiber composite material, which alone would not be tight for the stored gas, but which is sufficiently stable to withstand even high pressures easily. This combination of inner shell and outer shell then forms the device for storing gas, which is also referred to as compressed gas storage.

Da die Außenhülle für die Druckbeständigkeit der Vorrichtung relevant ist, würde eine potenzielle Beschädigung der Außenhülle, insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen, ein erhebliches Sicherheitsproblem darstellen. Deshalb muss typischerweise eine Überprüfung der Oberfläche der Vorrichtung durch einen technischen Sachverständigen alle 48 Monate erfolgen.Since the outer shell is relevant to the pressure resistance of the device, potential damage to the outer shell, particularly when used in vehicles, would pose a significant safety problem. Therefore typically a surface inspection of the device by a technical expert must be done every 48 months.

Aus dem Stand der Technik in Form der DE 101 54 145 C1 ist eine Vorrichtung für die laufende Überwachung von Kompositdruckgasbehältern bekannt. Diese Vorrichtung basiert im Wesentlichen auf einem Dehnmessstreifen, welcher beispielsweise über eine Brückenschaltung ausgewertet wird. Hierdurch ist es möglich, eine Dehnung des Druckgasbehälters zu erfassen. Überschreitet die Ausdehnung, beispielsweise bei der Betankung, die für den jeweiligen Behältertyp zulässige Dehnung, dann muss von einem Fehler ausgegangen werden, welcher entsprechend angezeigt werden kann, beispielsweise über eine Alarmierung über ein Steuergerät oder ähnliches.From the prior art in the form of DE 101 54 145 C1 a device for the continuous monitoring of Kompositdruckgasbehältern is known. This device is based essentially on a strain gauge, which is evaluated for example via a bridge circuit. This makes it possible to detect an expansion of the gas cylinder. Exceeds the expansion, for example, during refueling, the permissible for the respective container type elongation, then it must be assumed that an error, which can be displayed accordingly, for example via an alarm via a control unit or the like.

Der Nachteil bei dem dort beschriebenen Aufbau besteht nun darin, dass lediglich der ganze Behälter als solches überwacht werden kann. Damit können partiell auftretende Beschädigungen in der Außenhülle erst dann erfasst werden, wenn der gesamte Behälter von einer solchen Schwächung der Außenhülle betroffen ist. Dies stellt einen Nachteil dar.The disadvantage of the structure described therein is that only the entire container can be monitored as such. Thus, partially occurring damage in the outer shell can only be detected when the entire container is affected by such a weakening of the outer shell. This is a disadvantage.

Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik ist es aus der US 4,107,672 A für den Einsatz bei Behältern zur Speicherung von sehr kalten Flüssigkeiten, beispielsweise Flüssiggasen oder dergleichen, bekannt, dass die wärmeisolierende Schicht des Behälters über empfindliche zerbrechliche elektrisch leitende Elemente hinsichtlich einer Beschädigung der wärmeisolierenden Schicht überwacht werden kann. Kommt es zu einer Beschädigung der wärmeisolierenden Schicht, dann werden auch die empfindlichen elektrischen Elemente beschädigt und über eine aufwändige Auswerteelektronik oder ein entsprechend komplexes mechanisches System, wie in der Schrift beschrieben, kann eine solche Beschädigung und ihre Position festgestellt werden. Der Aufbau hat dabei den Nachteil, dass er irreversibel und sehr empfindlich ist, was insbesondere für den Einsatz einer Vorrichtung zur Speicherung von Gasen unter hohem Druck, welche in Fahrzeugen eingesetzt werden soll, höchst unerwünscht ist, da Vibrationen bereits einen ungerechtfertigten Alarm auslösen könnten. Auch ein Zusammenziehen und Ausdehnen des Behälters, welcher bei der Speicherung von Gasen unter hohem Druck unvermeidlich ist, beispielsweise wenn der Behälter betankt oder von der Sonne beschienen wird, würde zu einem unerwünschten Alarm führen, sodass der Aufbau zum Einsatz bei Druckgasbehältern völlig ungeeignet ist.From the further general state of the art it is from the US 4,107,672 A for use in containers for storing very cold liquids, for example liquid gases or the like, it is known that the heat-insulating layer of the container can be monitored by means of sensitive, fragile, electrically conductive elements with regard to damage to the heat-insulating layer. If there is damage to the heat-insulating layer, then the sensitive electrical elements are damaged and a complex evaluation or a correspondingly complex mechanical system, as described in the document, such damage and its position can be determined. The structure has the disadvantage that it is irreversible and very sensitive, which is highly undesirable in particular for the use of a device for storing gases under high pressure, which is to be used in vehicles, since vibrations could already trigger an unjustified alarm. Also, contraction and expansion of the container, which is inevitable in the storage of gases under high pressure, such as when the container is refueled or illuminated by the sun, would lead to an undesirable alarm, so that the structure for use in pressurized gas containers is completely unsuitable.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Speicherung von Gas unter hohem Druck gemäß dem zuerst genannten Stand der Technik anzugeben.The object of the present invention is now to provide an improved device for storing gas under high pressure according to the first-mentioned prior art.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 5 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung angegeben.According to the invention this object is achieved by a device having the features in claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims dependent thereon. In claim 5, a particularly preferred use is also indicated.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung von Gas unter hohem Druck, beispielsweise zur Speicherung von komprimiertem Erdgas bei einem Nenndruck von 260 bar oder Wasserstoff bei einem Nenndruck von 700 bar, ist es vorgesehen, dass vergleichbar wie im zuerst genannten Stand der Technik in der Außenhülle eine Messeinrichtung zur Erfassung einer Beschädigung der Außenhülle vorgesehen ist. Anders als im Stand der Technik ist diese Messeinrichtung gemäß der Erfindung in Form wenigstens eines elektrisch leitfähigen über die annähernd gesamte Fläche der Außenhülle verlaufenden Drahts um oder in der Außenhülle ausgebildet. Ein solcher Draht kann sehr einfach hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit oder seines elektrischen Widerstands überwacht werden. Er ist dennoch vergleichsweise stabil und insofern elastisch, dass er die in einem derartigen Druckgasbehälter auftretenden Bewegungen, zum Beispiel ein druckabhängiges Ausdehnen und Zusammenziehen des Druckgasbehälters problemlos mitmacht. Wird die Außenhülle irgendwo beschädigt, dann wird es in diesem Bereich auch der Draht, sodass die Leitfähigkeit nicht mehr gegeben oder eingeschränkt ist. Dementsprechend kann auf einen Fehler geschlossen und ein Alarm ausgelöst werden. Anders als im Stand der Technik müssen hierfür keine Grenzwerte gezielt überwacht werden, sondern es kann insbesondere lediglich auf die elektrische Durchgängigkeit des Drahts hin geprüft werden.In the inventive device for storing gas under high pressure, for example, for storing compressed natural gas at a nominal pressure of 260 bar or hydrogen at a nominal pressure of 700 bar, it is provided that comparable as in the first-mentioned prior art in the outer shell a Measuring device is provided for detecting damage to the outer shell. Unlike in the prior art, this measuring device according to the invention in the form of at least one electrically conductive over the approximately entire surface of the outer shell extending wire is formed around or in the outer shell. Such a wire can be very simple in terms of its electrical conductivity or its electrical resistance are monitored. It is nevertheless relatively stable and elastic so far that it easily participates in the movements occurring in such a compressed gas container, for example a pressure-dependent expansion and contraction of the compressed gas container. If the outer shell is damaged somewhere, then it is in this area, the wire, so that the conductivity is no longer given or limited. Accordingly, an error can be closed and an alarm triggered. Unlike in the prior art, no limit values need to be specifically monitored for this, but in particular, it is only possible to check for electrical continuity of the wire.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann der Draht dabei als Netz, als wenigstens ein Mäander oder als wenigstens eine Spirale ausgebildet sein. Hierdurch ist es möglich, mit einem oder wenigen Drähten und dementsprechend wenigen elektrischen Anschlüssen sehr einfach und effizient die gesamte Oberfläche der Außenhülle zu überwachen.According to a very advantageous development of the idea, the wire can be designed as a net, as at least one meander or as at least one spiral. This makes it possible to easily and efficiently monitor the entire surface of the outer shell with one or a few wires and correspondingly few electrical connections.

Insbesondere die Ausgestaltung als Spirale oder Mäander, vorzugsweise in Form von wenigstens zwei sich überkreuzenden elektrisch an den Kreuzungspunkten nicht miteinander verbundenen Mäandern oder Spiralen, ist sehr einfach hinsichtlich der Auswertung, weil lediglich die beiden Mäander oder Spiralen hinsichtlich elektrischer Durchgängigkeit überwacht werden müssen. Ist die Leitfähigkeit aufgrund einer Unterbrechung nicht mehr gegeben, dann kann über ein Steuergerät ein entsprechender Alarm ausgelöst werden.In particular, the design as a spiral or meander, preferably in the form of at least two crossing electrically non-interconnected at the crossings meanders or spirals, is very simple in terms of evaluation, because only the two meanders or spirals must be monitored for electrical continuity. If the conductivity no longer exists due to an interruption, then a corresponding alarm can be triggered via a control unit.

Der Aufbau der Vorrichtung ist außerordentlich einfach und effizient sowie sehr sicher und wenig anfällig gegenüber mechanischen Störungen wie beispielsweise Vibrationen oder dergleichen. Er ist daher insbesondere geeignet in Umgebungen eingesetzt zu werden, welche im Betrieb entsprechenden Stößen, Vibrationen und höheren Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, und welche dennoch ein hohes Sicherheitsrisiko haben, sodass eine möglichst gute Überwachung der Vorrichtung notwendig ist. Derartige Anwendungen finden sich insbesondere in Fahrzeugen, in denen das in der Vorrichtung gespeicherte Gas beispielsweise zum Antreiben eines Verbrennungsmotors oder einer Brennstoffzelle genutzt werden kann. Die bevorzugte Verwendung der Vorrichtung ist daher ihr Einsatz zur Speicherung von Brennstoff in Fahrzeugen.The structure of the device is extremely simple and efficient and very safe and less prone to mechanical disturbances such as vibrations or the like. It is therefore particularly suitable to be used in environments which are exposed in operation corresponding shocks, vibrations and higher temperature fluctuations, and which nevertheless have a high security risk, so that the best possible monitoring of the device is necessary. Such applications can be found in particular in vehicles in which the gas stored in the device can be used for example for driving an internal combustion engine or a fuel cell. The preferred use of the device is therefore its use for storing fuel in vehicles.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.Further advantageous embodiments will become apparent from the embodiments, which are described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 einen Druckgasspeicher gemäß der Erfindung in einer ersten möglichen Ausführungsform; 1 a compressed gas storage according to the invention in a first possible embodiment;

2 einen Druckgasspeicher gemäß der Erfindung in einer zweiten möglichen Ausführungsform; und 2 a compressed gas storage according to the invention in a second possible embodiment; and

3 einen Druckgasspeicher gemäß der Erfindung in einer dritten möglichen Ausführungsform. 3 a compressed gas storage according to the invention in a third possible embodiment.

In der Darstellung der 1 ist prinzipmäßig eine Vorrichtung 1 zum Speichern von Gasen unter hohem Druck, beispielsweise zum Speichern von komprimiertem Erdgas oder Wasserstoff als Brennstoff für ein Fahrzeug zu erkennen. Die Vorrichtung 1, welche auch gerne als Druckgasspeicher 1 bezeichnet wird, soll dabei aus einer hier nicht erkennbaren Innenhülle mit einer sie umgebenden Außenhülle 2 realisiert sein. Die Außenhülle 2 soll dabei vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt sein, sodass es sich bei der Vorrichtung 1 um einen sogenannten Typ-III bzw. Typ-IV Druckgasspeicher handelt.In the presentation of the 1 is a device in principle 1 for storing gases under high pressure, for example for storing compressed natural gas or hydrogen as fuel for a vehicle. The device 1 , which also like compressed gas storage 1 is designated, it is from an unrecognizable inner shell with a surrounding outer shell 2 be realized. The outer shell 2 should preferably be made of a fiber-reinforced plastic material, so that it is in the device 1 is a so-called type-III or type-IV compressed gas storage.

Da bei derartigen Druckgasspeichern die Außenhüllen für die Druckbeständigkeit und die mechanische Belastbarkeit des Druckgasspeichers 1 hochrelevant sind, stellen sie ein sicherheitskritisches Teil der Vorrichtung 1 dar, welches dementsprechend häufig überprüft werden muss. Um nun eine kontinuierliche Überprüfung der Außenhülle zu erreichen, sodass auf Besichtigungen durch technische Sachverständige verzichtet werden kann, und dass eine kontinuierliche Überwachung der Außenhülle 2 auf Beschädigungen möglich wird, ist in der Darstellung der 1 ein Drahtgeflecht in Form eines Netzes in die Außenhülle 2 integriert oder an ihrer Oberfläche angebracht. Ein solches Netz aus einem Draht 4, welcher nachfolgend auch als Alarmdraht 4 bezeichnet wird, ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der Außenhülle 2, da eine Beschädigung der Außenhülle praktisch immer auch mit einer Beschädigung des Alarmdrahts 4 einhergehen würde. Über ein vorzugsweise im Bereich eines Ventils 3 der Vorrichtung 1 angebrachtes Steuergerät 5 kann eine Überwachung, vorzugsweise eine elektrische Überwachung, des Alarmdrahts 4 erfolgen, insbesondere in der Art, dass der Alarmdraht 4 auf Leitfähigkeit und damit auf einen eventuellen Bruch des Drahts 4 hin überwacht wird. Tritt ein solcher auf, kann ein Alarm ausgelöst werden, sodass reagiert werden kann, bevor eine sicherheitskritische Situation entsteht.As in such compressed gas storage, the outer shells for the pressure resistance and mechanical strength of the compressed gas storage 1 highly relevant, they provide a safety-critical part of the device 1 which must be checked accordingly frequently. In order to achieve a continuous inspection of the outer shell so that surveys by technical experts can be dispensed with, and that a continuous monitoring of the outer shell 2 Damage is possible in the presentation of the 1 a wire mesh in the form of a net in the outer shell 2 integrated or attached to its surface. Such a network of a wire 4 , which below also as alarm wire 4 is called, allows continuous monitoring of the outer shell 2 , as damage to the outer shell practically always with damage to the alarm wire 4 would go along. About a preferably in the range of a valve 3 the device 1 attached control unit 5 may be monitoring, preferably electrical monitoring, of the alarm wire 4 take place, in particular in the way that the alarm wire 4 on conductivity and thus on a possible breakage of the wire 4 is monitored. If one occurs, an alarm can be triggered so that it can respond before a safety-critical situation arises.

In den Darstellungen der 2 und 3 sind zwei alternative Ausführungsformen dieser Idee dargestellt. Anstelle eines Netzes aus dem Alarmdraht 4 ist in der Darstellung der 2 ein spiralförmiges Umwickeln der Außenhülle 2 mit dem Alarmdraht 4 dargestellt. Dabei wird lediglich ein einziger Draht verwendet, sodass dieser sehr leicht hinsichtlich seiner elektrischen Durchgängigkeit ausgewertet werden kann. Bricht der Draht an irgendeiner Stelle in Folge einer Beschädigung der Außenhülle 2, ist dieser nicht mehr elektrisch durchgängig. Um die Außenhülle 2 möglichst lückenlos abzudecken, kann die Spirale entsprechend dicht verlaufen. Eine Alternative hierzu wäre das spiralförmige Zurückführen um die einzelnen Abschnitte des Alarmdrahts 4 dichter beieinander zu positionieren, oder wie es in der Darstellung der 3 zu erkennen ist, das Umwickeln mit zwei gegenläufigen Spiralen, entweder einmal auf dem Hinweg und einmal auf Rückweg, oder vollständig unabhängig voneinander. Weitere Alternativen wären beispielsweise eine mäanderförmige Anordnung des Alarmdrahts 4, welcher dann bei der Verwendung von zwei unterschiedlichen Alarmdrähten, welche elektrisch an den Kreuzungspunkten nicht miteinander verbunden sind, in etwa die Flächenabdeckung des netzförmigen Aufbaus realisieren würde. Anders als bei einem Netz, welches relativ schwierig hinsichtlich eines Bruchs des Drahts in einer der Maschen auszuwerten ist, könnte dann eine Auswertung der beiden Drähte unabhängig voneinander oder bei einer Reihenschaltung auch gemeinsam erfolgen, um so sehr einfach und effizient über das Steuergerät 5 einen eventuellen Bruch des Drahtes 4 in Folge einer Beschädigung der Außenhülle 2 erkennen zu können. Das Steuergerät 5 könnte dementsprechend einen Alarm auslösen, um so sicherheitskritischen Situationen vorzubeugen.In the representations of the 2 and 3 Two alternative embodiments of this idea are shown. Instead of a network from the alarm wire 4 is in the representation of 2 a spiral wrapping of the outer shell 2 with the alarm wire 4 shown. Only a single wire is used, so that it can be evaluated very easily with regard to its electrical continuity. The wire breaks at any point as a result of damage to the outer shell 2 , this is no longer electrically continuous. To the outer shell 2 cover as completely as possible, the spiral can be correspondingly tight. An alternative to this would be the spiraling back around the individual sections of the alarm wire 4 to position them closer together, or as shown in the illustration of the 3 It can be seen, the wrapping with two opposing spirals, either once on the way and once on the way back, or completely independently. Other alternatives would be, for example, a meandering arrangement of the alarm wire 4 , which would then realize in the use of two different alarm wires, which are not electrically connected at the crossing points, approximately the area coverage of the net-like structure. Unlike a network, which is relatively difficult to evaluate in terms of breakage of the wire in one of the meshes, then an evaluation of the two wires could be done independently or in a series connection also together, so very easily and efficiently via the control unit 5 a possible breakage of the wire 4 as a result of damage to the outer shell 2 to be able to recognize. The control unit 5 Accordingly, it could trigger an alarm to prevent safety-critical situations.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 4107672 A [0006] US 4107672 A [0006]

Claims (5)

Vorrichtung (1) zur Speicherung von Gas unter hohem Druck, mit einer Innenhülle und einer die Innenhülle umgebenden Außenhülle (2), mit einer Messeinrichtung zur Erfassung einer Beschädigung der Außenhülle (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung in Form wenigstens eines elektrisch leitfähigen über die annähernd gesamte Fläche der Außenhülle (2) verlaufenden Drahts (4) ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) for storing gas under high pressure, with an inner shell and an outer shell surrounding the inner shell ( 2 ), with a measuring device for detecting damage to the outer shell ( 2 ), characterized in that the measuring device in the form of at least one electrically conductive over the approximately entire surface of the outer shell ( 2 ) extending wire ( 4 ) is trained. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (4) in Form eines Netzes oder wenigstens eines Mäanders oder wenigstens einer Spirale ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the wire ( 4 ) in the form of a network or at least one meander or at least one spiral is formed. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (4) mit einem elektrischen Steuergerät (5) in Verbindung steht, welches so eingerichtet ist, dass die Unversehrtheit aller Abschnitte des Drahts (4) prüfbar ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the wire ( 4 ) with an electrical control unit ( 5 ), which is arranged so that the integrity of all sections of the wire ( 4 ) is testable. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (5) vorgesehen ist, welches mit dem Draht (4) in Verbindung steht, und welches dazu ausgebildet ist, im Falle einer Beschädigung des Drahts (4) einen Alarm auszulösen.Contraption ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a control device ( 5 ) is provided, which with the wire ( 4 ), and which is adapted, in the event of damage to the wire ( 4 ) to trigger an alarm. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Speicherung von Wasserstoff oder komprimiertem Erdgas als Brennstoff für ein Fahrzeug.Use of a device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, for storing hydrogen or compressed natural gas as fuel for a vehicle.
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